sys/vfs/hammer2/hammer2_freemap.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2011-2013 The DragonFly Project.  All rights reserved.
   3  *
   4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
   5  * by Matthew Dillon <dillon@dragonflybsd.org>
   6  * by Venkatesh Srinivas <vsrinivas@dragonflybsd.org>
   7  *
   8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   9  * modification, are permitted provided that the following conditions
  10  * are met:
  11  *
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  16  *    the documentation and/or other materials provided with the
  17  *    distribution.
  18  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
  19  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
  20  *    from this software without specific, prior written permission.
  21  *
  22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  23  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  24  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
  25  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
  26  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  27  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
  28  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  29  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
  30  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
  31  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
  32  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  33  * SUCH DAMAGE.
  34  */
  35 #include <sys/param.h>
  36 #include <sys/systm.h>
  37 #include <sys/kernel.h>
  38 #include <sys/fcntl.h>
  39 #include <sys/buf.h>
  40 #include <sys/proc.h>
  41 #include <sys/namei.h>
  42 #include <sys/mount.h>
  43 #include <sys/vnode.h>
  44 #include <sys/mountctl.h>
  45
  46 #include "hammer2.h"
  47
  48 struct hammer2_fiterate {
  49         hammer2_off_t   bpref;
  50         hammer2_off_t   bnext;
  51         int             loops;
  52 };
  53
  54 typedef struct hammer2_fiterate hammer2_fiterate_t;
  55
  56 static int hammer2_freemap_try_alloc(hammer2_trans_t *trans,
  57                         hammer2_chain_t **parentp, hammer2_blockref_t *bref,
  58                         int radix, hammer2_fiterate_t *iter);
  59 static void hammer2_freemap_init(hammer2_trans_t *trans, hammer2_mount_t *hmp,
  60                         hammer2_key_t key, hammer2_chain_t *chain);
  61 static int hammer2_bmap_alloc(hammer2_trans_t *trans, hammer2_mount_t *hmp,
  62                         hammer2_bmap_data_t *bmap, uint16_t class,
  63                         int n, int radix, hammer2_key_t *basep);
  64 static int hammer2_freemap_iterate(hammer2_trans_t *trans,
  65                         hammer2_chain_t **parentp, hammer2_chain_t **chainp,
  66                         hammer2_fiterate_t *iter);
  67
  68 static __inline
  69 int
  70 hammer2_freemapradix(int radix)
  71 {
  72         return(radix);
  73 }
  74
  75 /*
  76  * Calculate the device offset for the specified FREEMAP_NODE or FREEMAP_LEAF
  77  * bref.  Return a combined media offset and physical size radix.  Freemap
  78  * chains use fixed storage offsets in the 4MB reserved area at the
  79  * beginning of each 2GB zone
  80  *
  81  * Rotate between four possibilities.  Theoretically this means we have three
  82  * good freemaps in case of a crash which we can use as a base for the fixup
  83  * scan at mount-time.
  84  */
  85 #define H2FMBASE(key, radix)    ((key) & ~(((hammer2_off_t)1 << (radix)) - 1))
  86 #define H2FMSHIFT(radix)        ((hammer2_off_t)1 << (radix))
  87
  88 static
  89 int
  90 hammer2_freemap_reserve(hammer2_mount_t *hmp, hammer2_blockref_t *bref,
  91                         int radix)
  92 {
  93         hammer2_off_t off;
  94         size_t bytes;
  95
  96         /*
  97          * Physical allocation size -> radix.  Typically either 256 for
  98          * a level 0 freemap leaf or 65536 for a level N freemap node.
  99          *
 100          * NOTE: A 256 byte bitmap represents 256 x 8 x 1024 = 2MB of storage.
 101          *       Do not use hammer2_allocsize() here as it has a min cap.
 102          */
 103         bytes = 1 << radix;
 104
 105         /*
 106          * Adjust by HAMMER2_ZONE_FREEMAP_{A,B,C,D} using the existing
 107          * offset as a basis.  Start in zone A if previously unallocated.
 108          */
 109         if ((bref->data_off & ~HAMMER2_OFF_MASK_RADIX) == 0) {
 110                 off = HAMMER2_ZONE_FREEMAP_A;
 111         } else {
 112                 off = bref->data_off & ~HAMMER2_OFF_MASK_RADIX &
 113                       (((hammer2_off_t)1 << HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX) - 1);
 114                 off = off / HAMMER2_PBUFSIZE;
 115                 KKASSERT(off >= HAMMER2_ZONE_FREEMAP_A);
 116                 KKASSERT(off < HAMMER2_ZONE_FREEMAP_D + 4);
 117
 118                 if (off >= HAMMER2_ZONE_FREEMAP_D)
 119                         off = HAMMER2_ZONE_FREEMAP_A;
 120                 else if (off >= HAMMER2_ZONE_FREEMAP_C)
 121                         off = HAMMER2_ZONE_FREEMAP_D;
 122                 else if (off >= HAMMER2_ZONE_FREEMAP_B)
 123                         off = HAMMER2_ZONE_FREEMAP_C;
 124                 else
 125                         off = HAMMER2_ZONE_FREEMAP_B;
 126         }
 127         off = off * HAMMER2_PBUFSIZE;
 128
 129         /*
 130          * Calculate the block offset of the reserved block.  This will
 131          * point into the 4MB reserved area at the base of the appropriate
 132          * 2GB zone, once added to the FREEMAP_x selection above.
 133          */
 134         switch(bref->keybits) {
 135         /* case HAMMER2_FREEMAP_LEVEL5_RADIX: not applicable */
 136         case HAMMER2_FREEMAP_LEVEL4_RADIX:      /* 2EB */
 137                 KKASSERT(bref->type == HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_NODE);
 138                 KKASSERT(bytes == HAMMER2_FREEMAP_LEVELN_PSIZE);
 139                 off += H2FMBASE(bref->key, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL4_RADIX) +
 140                        HAMMER2_ZONEFM_LEVEL4 * HAMMER2_PBUFSIZE;
 141                 break;
 142         case HAMMER2_FREEMAP_LEVEL3_RADIX:      /* 2PB */
 143                 KKASSERT(bref->type == HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_NODE);
 144                 KKASSERT(bytes == HAMMER2_FREEMAP_LEVELN_PSIZE);
 145                 off += H2FMBASE(bref->key, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL3_RADIX) +
 146                        HAMMER2_ZONEFM_LEVEL3 * HAMMER2_PBUFSIZE;
 147                 break;
 148         case HAMMER2_FREEMAP_LEVEL2_RADIX:      /* 2TB */
 149                 KKASSERT(bref->type == HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_NODE);
 150                 KKASSERT(bytes == HAMMER2_FREEMAP_LEVELN_PSIZE);
 151                 off += H2FMBASE(bref->key, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL2_RADIX) +
 152                        HAMMER2_ZONEFM_LEVEL2 * HAMMER2_PBUFSIZE;
 153                 break;
 154         case HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX:      /* 2GB */
 155                 KKASSERT(bref->type == HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_LEAF);
 156                 KKASSERT(bytes == HAMMER2_FREEMAP_LEVELN_PSIZE);
 157                 off += H2FMBASE(bref->key, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX) +
 158                        HAMMER2_ZONEFM_LEVEL1 * HAMMER2_PBUFSIZE;
 159                 break;
 160         default:
 161                 panic("freemap: bad radix(2) %p %d\n", bref, bref->keybits);
 162                 /* NOT REACHED */
 163                 break;
 164         }
 165         bref->data_off = off | radix;
 166         return (0);
 167 }
 168
 169 /*
 170  * Normal freemap allocator
 171  *
 172  * Use available hints to allocate space using the freemap.  Create missing
 173  * freemap infrastructure on-the-fly as needed (including marking initial
 174  * allocations using the iterator as allocated, instantiating new 2GB zones,
 175  * and dealing with the end-of-media edge case).
 176  *
 177  * ip and bpref are only used as a heuristic to determine locality of
 178  * reference.  bref->key may also be used heuristically.
 179  */
 180 int
 181 hammer2_freemap_alloc(hammer2_trans_t *trans, hammer2_mount_t *hmp,
 182                       hammer2_blockref_t *bref, size_t bytes)
 183 {
 184         hammer2_chain_t *parent;
 185         int radix;
 186         int error;
 187         unsigned int hindex;
 188         hammer2_fiterate_t iter;
 189
 190         /*
 191          * Validate the allocation size.  It must be a power of 2.
 192          *
 193          * For now require that the caller be aware of the minimum
 194          * allocation (1K).
 195          */
 196         radix = hammer2_getradix(bytes);
 197         KKASSERT((size_t)1 << radix == bytes);
 198
 199         /*
 200          * Freemap blocks themselves are simply assigned from the reserve
 201          * area, not allocated from the freemap.
 202          */
 203         if (bref->type == HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_NODE ||
 204             bref->type == HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_LEAF) {
 205                 return(hammer2_freemap_reserve(hmp, bref, radix));
 206         }
 207
 208         if (bref->data_off & ~HAMMER2_OFF_MASK_RADIX)
 209                 hammer2_freemap_free(trans, hmp, bref, 0);
 210
 211         /*
 212          * Normal allocations
 213          */
 214         KKASSERT(bytes >= HAMMER2_MIN_ALLOC && bytes <= HAMMER2_MAX_ALLOC);
 215
 216         /*
 217          * Calculate the starting point for our allocation search.
 218          *
 219          * Each freemap leaf is dedicated to a specific freemap_radix.
 220          * The freemap_radix can be more fine-grained than the device buffer
 221          * radix which results in inodes being grouped together in their
 222          * own segment, terminal-data (16K or less) and initial indirect
 223          * block being grouped together, and then full-indirect and full-data
 224          * blocks (64K) being grouped together.
 225          *
 226          * The single most important aspect of this is the inode grouping
 227          * because that is what allows 'find' and 'ls' and other filesystem
 228          * topology operations to run fast.
 229          */
 230 #if 0
 231         if (bref->data_off & ~HAMMER2_OFF_MASK_RADIX)
 232                 bpref = bref->data_off & ~HAMMER2_OFF_MASK_RADIX;
 233         else if (trans->tmp_bpref)
 234                 bpref = trans->tmp_bpref;
 235         else if (trans->tmp_ip)
 236                 bpref = trans->tmp_ip->chain->bref.data_off;
 237         else
 238 #endif
 239         /*
 240          * Heuristic tracking index.  We would like one for each distinct
 241          * bref type if possible.  heur_freemap[] has room for two classes
 242          * for each type.  At a minimum we have to break-up our heuristic
 243          * by device block sizes.
 244          */
 245         hindex = hammer2_devblkradix(radix) - HAMMER2_MINIORADIX;
 246         KKASSERT(hindex < HAMMER2_FREEMAP_HEUR_NRADIX);
 247         hindex += bref->type * HAMMER2_FREEMAP_HEUR_NRADIX;
 248         hindex &= HAMMER2_FREEMAP_HEUR_TYPES * HAMMER2_FREEMAP_HEUR_NRADIX - 1;
 249         KKASSERT(hindex < HAMMER2_FREEMAP_HEUR);
 250
 251         iter.bpref = hmp->heur_freemap[hindex];
 252
 253         /*
 254          * Make sure bpref is in-bounds.  It's ok if bpref covers a zone's
 255          * reserved area, the try code will iterate past it.
 256          */
 257         if (iter.bpref > hmp->voldata.volu_size)
 258                 iter.bpref = hmp->voldata.volu_size - 1;
 259
 260         /*
 261          * Iterate the freemap looking for free space before and after.
 262          */
 263         parent = &hmp->fchain;
 264         hammer2_chain_lock(parent, HAMMER2_RESOLVE_ALWAYS);
 265         error = EAGAIN;
 266         iter.bnext = iter.bpref;
 267         iter.loops = 0;
 268
 269         while (error == EAGAIN) {
 270                 error = hammer2_freemap_try_alloc(trans, &parent, bref,
 271                                                   radix, &iter);
 272         }
 273         hmp->heur_freemap[hindex] = iter.bnext;
 274         hammer2_chain_unlock(parent);
 275
 276         return (error);
 277 }
 278
 279 static int
 280 hammer2_freemap_try_alloc(hammer2_trans_t *trans, hammer2_chain_t **parentp,
 281                           hammer2_blockref_t *bref, int radix,
 282                           hammer2_fiterate_t *iter)
 283 {
 284         hammer2_mount_t *hmp = (*parentp)->hmp;
 285         hammer2_off_t l0size;
 286         hammer2_off_t l1size;
 287         hammer2_off_t l1mask;
 288         hammer2_key_t key_dummy;
 289         hammer2_chain_t *chain;
 290         hammer2_off_t key;
 291         size_t bytes;
 292         uint16_t class;
 293         int error = 0;
 294         int cache_index = -1;
 295
 296
 297         /*
 298          * Calculate the number of bytes being allocated, the number
 299          * of contiguous bits of bitmap being allocated, and the bitmap
 300          * mask.
 301          *
 302          * WARNING! cpu hardware may mask bits == 64 -> 0 and blow up the
 303          *          mask calculation.
 304          */
 305         bytes = (size_t)1 << radix;
 306         class = (bref->type << 8) | hammer2_devblkradix(radix);
 307
 308         /*
 309          * Lookup the level1 freemap chain, creating and initializing one
 310          * if necessary.  Intermediate levels will be created automatically
 311          * when necessary by hammer2_chain_create().
 312          */
 313         key = H2FMBASE(iter->bnext, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX);
 314         l0size = H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX);
 315         l1size = H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX);
 316         l1mask = l1size - 1;
 317
 318         chain = hammer2_chain_lookup(parentp, &key_dummy, key, key + l1mask,
 319                                      &cache_index,
 320                                      HAMMER2_LOOKUP_FREEMAP |
 321                                      HAMMER2_LOOKUP_ALWAYS |
 322                                      HAMMER2_LOOKUP_MATCHIND/*XXX*/);
 323         if (chain == NULL) {
 324                 /*
 325                  * Create the missing leaf, be sure to initialize
 326                  * the auxillary freemap tracking information in
 327                  * the bref.check.freemap structure.
 328                  */
 329 #if 0
 330                 kprintf("freemap create L1 @ %016jx bpref %016jx\n",
 331                         key, iter->bpref);
 332 #endif
 333                 error = hammer2_chain_create(trans, parentp, &chain,
 334                                      key, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX,
 335                                      HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_LEAF,
 336                                      HAMMER2_FREEMAP_LEVELN_PSIZE);
 337                 if (error == 0) {
 338                         hammer2_chain_modify(trans, &chain, 0);
 339                         bzero(&chain->data->bmdata[0],
 340                               HAMMER2_FREEMAP_LEVELN_PSIZE);
 341                         chain->bref.check.freemap.bigmask = (uint32_t)-1;
 342                         chain->bref.check.freemap.avail = l1size;
 343                         /* bref.methods should already be inherited */
 344
 345                         hammer2_freemap_init(trans, hmp, key, chain);
 346                 }
 347         } else if ((chain->bref.check.freemap.bigmask & (1 << radix)) == 0) {
 348                 /*
 349                  * Already flagged as not having enough space
 350                  */
 351                 error = ENOSPC;
 352         } else {
 353                 /*
 354                  * Modify existing chain to setup for adjustment.
 355                  */
 356                 hammer2_chain_modify(trans, &chain, 0);
 357         }
 358
 359         /*
 360          * Scan 2MB entries.
 361          */
 362         if (error == 0) {
 363                 hammer2_bmap_data_t *bmap;
 364                 hammer2_key_t base_key;
 365                 int count;
 366                 int start;
 367                 int n;
 368
 369                 start = (int)((iter->bnext - key) >>
 370                               HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX);
 371                 KKASSERT(start >= 0 && start < HAMMER2_FREEMAP_COUNT);
 372                 hammer2_chain_modify(trans, &chain, 0);
 373
 374                 error = ENOSPC;
 375                 for (count = 0; count < HAMMER2_FREEMAP_COUNT; ++count) {
 376                         if (start + count >= HAMMER2_FREEMAP_COUNT &&
 377                             start - count < 0) {
 378                                 break;
 379                         }
 380                         n = start + count;
 381                         bmap = &chain->data->bmdata[n];
 382                         if (n < HAMMER2_FREEMAP_COUNT && bmap->avail &&
 383                             (bmap->class == 0 || bmap->class == class)) {
 384                                 base_key = key + n * l0size;
 385                                 error = hammer2_bmap_alloc(trans, hmp, bmap,
 386                                                            class, n, radix,
 387                                                            &base_key);
 388                                 if (error != ENOSPC) {
 389                                         key = base_key;
 390                                         break;
 391                                 }
 392                         }
 393                         n = start - count;
 394                         bmap = &chain->data->bmdata[n];
 395                         if (n >= 0 && bmap->avail &&
 396                             (bmap->class == 0 || bmap->class == class)) {
 397                                 base_key = key + n * l0size;
 398                                 error = hammer2_bmap_alloc(trans, hmp, bmap,
 399                                                            class, n, radix,
 400                                                            &base_key);
 401                                 if (error != ENOSPC) {
 402                                         key = base_key;
 403                                         break;
 404                                 }
 405                         }
 406                 }
 407                 if (error == ENOSPC)
 408                         chain->bref.check.freemap.bigmask &= ~(1 << radix);
 409                 /* XXX also scan down from original count */
 410         }
 411
 412         if (error == 0) {
 413                 /*
 414                  * Assert validity.  Must be beyond the static allocator used
 415                  * by newfs_hammer2 (and thus also beyond the aux area),
 416                  * not go past the volume size, and must not be in the
 417                  * reserved segment area for a zone.
 418                  */
 419                 KKASSERT(key >= hmp->voldata.allocator_beg &&
 420                          key + bytes <= hmp->voldata.volu_size);
 421                 KKASSERT((key & HAMMER2_ZONE_MASK64) >= HAMMER2_ZONE_SEG);
 422                 bref->data_off = key | radix;
 423
 424 #if 0
 425                 kprintf("alloc cp=%p %016jx %016jx using %016jx\n",
 426                         chain,
 427                         bref->key, bref->data_off, chain->bref.data_off);
 428 #endif
 429         } else if (error == ENOSPC) {
 430                 /*
 431                  * Return EAGAIN with next iteration in iter->bnext, or
 432                  * return ENOSPC if the allocation map has been exhausted.
 433                  */
 434                 error = hammer2_freemap_iterate(trans, parentp, &chain, iter);
 435         }
 436
 437         /*
 438          * Cleanup
 439          */
 440         if (chain)
 441                 hammer2_chain_unlock(chain);
 442         return (error);
 443 }
 444
 445 /*
 446  * Allocate (1<<radix) bytes from the bmap whos base data offset is (*basep).
 447  *
 448  * If the linear iterator is mid-block we use it directly (the bitmap should
 449  * already be marked allocated), otherwise we search for a block in the bitmap
 450  * that fits the allocation request.
 451  *
 452  * A partial bitmap allocation sets the minimum bitmap granularity (16KB)
 453  * to fully allocated and adjusts the linear allocator to allow the
 454  * remaining space to be allocated.
 455  */
 456 static
 457 int
 458 hammer2_bmap_alloc(hammer2_trans_t *trans, hammer2_mount_t *hmp,
 459                    hammer2_bmap_data_t *bmap,
 460                    uint16_t class, int n, int radix, hammer2_key_t *basep)
 461 {
 462         struct buf *bp;
 463         size_t size;
 464         size_t bsize;
 465         int bmradix;
 466         uint32_t bmmask;
 467         int offset;
 468         int i;
 469         int j;
 470
 471         /*
 472          * Take into account 2-bits per block when calculating bmradix.
 473          */
 474         size = (size_t)1 << radix;
 475
 476         if (radix <= HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_RADIX) {
 477                 bmradix = 2;
 478                 bsize = HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_SIZE;
 479                 /* (16K) 2 bits per allocation block */
 480         } else {
 481                 bmradix = 2 << (radix - HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_RADIX);
 482                 bsize = size;
 483                 /* (32K-256K) 4, 8, 16, 32 bits per allocation block */
 484         }
 485
 486         /*
 487          * Use the linear iterator to pack small allocations, otherwise
 488          * fall-back to finding a free 16KB chunk.  The linear iterator
 489          * is only valid when *NOT* on a freemap chunking boundary (16KB).
 490          * If it is the bitmap must be scanned.  It can become invalid
 491          * once we pack to the boundary.  We adjust it after a bitmap
 492          * allocation only for sub-16KB allocations (so the perfectly good
 493          * previous value can still be used for fragments when 16KB+
 494          * allocations are made).
 495          *
 496          * Beware of hardware artifacts when bmradix == 32 (intermediate
 497          * result can wind up being '1' instead of '0' if hardware masks
 498          * bit-count & 31).
 499          *
 500          * NOTE: j needs to be even in the j= calculation.  As an artifact
 501          *       of the /2 division, our bitmask has to clear bit 0.
 502          *
 503          * NOTE: TODO this can leave little unallocatable fragments lying
 504          *       around.
 505          */
 506         if (((uint32_t)bmap->linear & HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_MASK) + size <=
 507             HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_SIZE &&
 508             (bmap->linear & HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_MASK) &&
 509             bmap->linear < HAMMER2_SEGSIZE) {
 510                 KKASSERT(bmap->linear >= 0 &&
 511                          bmap->linear + size <= HAMMER2_SEGSIZE &&
 512                          (bmap->linear & (HAMMER2_MIN_ALLOC - 1)) == 0);
 513                 offset = bmap->linear;
 514                 i = offset / (HAMMER2_SEGSIZE / 8);
 515                 j = (offset / (HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_SIZE / 2)) & 30;
 516                 bmmask = (bmradix == 32) ?
 517                          0xFFFFFFFFU : (1 << bmradix) - 1;
 518                 bmmask <<= j;
 519                 bmap->linear = offset + size;
 520         } else {
 521                 for (i = 0; i < 8; ++i) {
 522                         bmmask = (bmradix == 32) ?
 523                                  0xFFFFFFFFU : (1 << bmradix) - 1;
 524                         for (j = 0; j < 32; j += bmradix) {
 525                                 if ((bmap->bitmap[i] & bmmask) == 0)
 526                                         goto success;
 527                                 bmmask <<= bmradix;
 528                         }
 529                 }
 530                 /*fragments might remain*/
 531                 /*KKASSERT(bmap->avail == 0);*/
 532                 return (ENOSPC);
 533 success:
 534                 offset = i * (HAMMER2_SEGSIZE / 8) +
 535                          (j * (HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_SIZE / 2));
 536                 if (size & HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_MASK)
 537                         bmap->linear = offset + size;
 538         }
 539
 540         KKASSERT(i >= 0 && i < 8);      /* 8 x 16 -> 128 x 16K -> 2MB */
 541
 542         /*
 543          * Optimize the buffer cache to avoid unnecessary read-before-write
 544          * operations.
 545          *
 546          * The device block size could be larger than the allocation size
 547          * so the actual bitmap test is somewhat more involved.  We have
 548          * to use a compatible buffer size for this operation.
 549          */
 550         if ((bmap->bitmap[i] & bmmask) == 0 &&
 551             hammer2_devblksize(size) != size) {
 552                 size_t psize = hammer2_devblksize(size);
 553                 hammer2_off_t pmask = (hammer2_off_t)psize - 1;
 554                 int pbmradix = 2 << (hammer2_devblkradix(radix) -
 555                                      HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_RADIX);
 556                 uint32_t pbmmask;
 557
 558                 pbmmask = (pbmradix == 32) ? 0xFFFFFFFFU : (1 << pbmradix) - 1;
 559                 while ((pbmmask & bmmask) == 0)
 560                         pbmmask <<= pbmradix;
 561
 562 #if 0
 563                 kprintf("%016jx mask %08x %08x %08x (%zd/%zd)\n",
 564                         *basep + offset, bmap->bitmap[i],
 565                         pbmmask, bmmask, size, psize);
 566 #endif
 567
 568                 if ((bmap->bitmap[i] & pbmmask) == 0) {
 569                         bp = getblk(hmp->devvp, *basep + (offset & ~pmask),
 570                                     psize, GETBLK_NOWAIT, 0);
 571                         if (bp) {
 572                                 if ((bp->b_flags & B_CACHE) == 0)
 573                                         vfs_bio_clrbuf(bp);
 574                                 bp->b_flags |= B_CACHE;
 575                                 bqrelse(bp);
 576                         }
 577                 }
 578         }
 579
 580 #if 0
 581         /*
 582          * When initializing a new inode segment also attempt to initialize
 583          * an adjacent segment.  Be careful not to index beyond the array
 584          * bounds.
 585          *
 586          * We do this to try to localize inode accesses to improve
 587          * directory scan rates.  XXX doesn't improve scan rates.
 588          */
 589         if (size == HAMMER2_INODE_BYTES) {
 590                 if (n & 1) {
 591                         if (bmap[-1].radix == 0 && bmap[-1].avail)
 592                                 bmap[-1].radix = radix;
 593                 } else {
 594                         if (bmap[1].radix == 0 && bmap[1].avail)
 595                                 bmap[1].radix = radix;
 596                 }
 597         }
 598 #endif
 599
 600         /*
 601          * Adjust the linear iterator, set the radix if necessary (might as
 602          * well just set it unconditionally), adjust *basep to return the
 603          * allocated data offset.
 604          */
 605         bmap->bitmap[i] |= bmmask;
 606         bmap->class = class;
 607         bmap->avail -= size;
 608         *basep += offset;
 609
 610         hammer2_voldata_lock(hmp);
 611         hmp->voldata.allocator_free -= size;  /* XXX */
 612         hammer2_voldata_unlock(hmp, 1);
 613
 614         return(0);
 615 }
 616
 617 static
 618 void
 619 hammer2_freemap_init(hammer2_trans_t *trans, hammer2_mount_t *hmp,
 620                      hammer2_key_t key, hammer2_chain_t *chain)
 621 {
 622         hammer2_off_t l1size;
 623         hammer2_off_t lokey;
 624         hammer2_off_t hikey;
 625         hammer2_bmap_data_t *bmap;
 626         int count;
 627
 628         l1size = H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX);
 629
 630         /*
 631          * Calculate the portion of the 2GB map that should be initialized
 632          * as free.  Portions below or after will be initialized as allocated.
 633          * SEGMASK-align the areas so we don't have to worry about sub-scans
 634          * or endianess when using memset.
 635          *
 636          * (1) Ensure that all statically allocated space from newfs_hammer2
 637          *     is marked allocated.
 638          *
 639          * (2) Ensure that the reserved area is marked allocated (typically
 640          *     the first 4MB of the 2GB area being represented).
 641          *
 642          * (3) Ensure that any trailing space at the end-of-volume is marked
 643          *     allocated.
 644          *
 645          * WARNING! It is possible for lokey to be larger than hikey if the
 646          *          entire 2GB segment is within the static allocation.
 647          */
 648         lokey = (hmp->voldata.allocator_beg + HAMMER2_SEGMASK64) &
 649                 ~HAMMER2_SEGMASK64;
 650
 651         if (lokey < H2FMBASE(key, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX) +
 652                   HAMMER2_ZONE_SEG64) {
 653                 lokey = H2FMBASE(key, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX) +
 654                         HAMMER2_ZONE_SEG64;
 655         }
 656
 657         hikey = key + H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX);
 658         if (hikey > hmp->voldata.volu_size) {
 659                 hikey = hmp->voldata.volu_size & ~HAMMER2_SEGMASK64;
 660         }
 661
 662         chain->bref.check.freemap.avail =
 663                 H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX);
 664         bmap = &chain->data->bmdata[0];
 665
 666         for (count = 0; count < HAMMER2_FREEMAP_COUNT; ++count) {
 667                 if (key < lokey || key >= hikey) {
 668                         memset(bmap->bitmap, -1,
 669                                sizeof(bmap->bitmap));
 670                         bmap->avail = 0;
 671                         bmap->linear = HAMMER2_SEGSIZE;
 672                         chain->bref.check.freemap.avail -=
 673                                 H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX);
 674                 } else {
 675                         bmap->avail = H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX);
 676                 }
 677                 key += H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX);
 678                 ++bmap;
 679         }
 680 }
 681
 682 /*
 683  * The current Level 1 freemap has been exhausted, iterate to the next
 684  * one, return ENOSPC if no freemaps remain.
 685  *
 686  * XXX this should rotate back to the beginning to handle freed-up space
 687  * XXX or use intermediate entries to locate free space. TODO
 688  */
 689 static int
 690 hammer2_freemap_iterate(hammer2_trans_t *trans, hammer2_chain_t **parentp,
 691                         hammer2_chain_t **chainp, hammer2_fiterate_t *iter)
 692 {
 693         hammer2_mount_t *hmp = (*parentp)->hmp;
 694
 695         iter->bnext &= ~(H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX) - 1);
 696         iter->bnext += H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX);
 697         if (iter->bnext >= hmp->voldata.volu_size) {
 698                 iter->bnext = 0;
 699                 if (++iter->loops == 2)
 700                         return (ENOSPC);
 701         }
 702         return(EAGAIN);
 703 }
 704
 705 /*
 706  * Free the specified blockref.  This code is only able to fully free
 707  * blocks when (how) is non-zero, otherwise the block is marked for
 708  * the bulk freeing pass to check.
 709  *
 710  * Normal use is to only mark inodes as possibly being free.  The underlying
 711  * file blocks are not necessarily marked.  The bulk freescan can
 712  * theoretically handle the case.
 713  *
 714  * XXX currently disabled when how == 0 (the normal real-time case).  At
 715  * the moment we depend on the bulk freescan to actually free blocks.  It
 716  * will still call this routine with a non-zero how to stage possible frees
 717  * and to do the actual free.
 718  */
 719 void
 720 hammer2_freemap_free(hammer2_trans_t *trans, hammer2_mount_t *hmp,
 721                      hammer2_blockref_t *bref, int how)
 722 {
 723         hammer2_off_t data_off = bref->data_off;
 724         hammer2_chain_t *chain;
 725         hammer2_chain_t *parent;
 726         hammer2_bmap_data_t *bmap;
 727         hammer2_key_t key;
 728         hammer2_key_t key_dummy;
 729         hammer2_off_t l0size;
 730         hammer2_off_t l1size;
 731         hammer2_off_t l1mask;
 732         uint32_t *bitmap;
 733         const uint32_t bmmask00 = 0;
 734         uint32_t bmmask01;
 735         uint32_t bmmask10;
 736         uint32_t bmmask11;
 737         size_t bytes;
 738         uint16_t class;
 739         int radix;
 740         int start;
 741         int count;
 742         int modified = 0;
 743         int cache_index = -1;
 744
 745         radix = (int)data_off & HAMMER2_OFF_MASK_RADIX;
 746         data_off &= ~HAMMER2_OFF_MASK_RADIX;
 747         KKASSERT(radix <= HAMMER2_MAX_RADIX);
 748
 749         bytes = (size_t)1 << radix;
 750         class = (bref->type << 8) | hammer2_devblkradix(radix);
 751
 752         /*
 753          * We can't free data allocated by newfs_hammer2.
 754          * Assert validity.
 755          */
 756         if (data_off < hmp->voldata.allocator_beg)
 757                 return;
 758         KKASSERT((data_off & HAMMER2_ZONE_MASK64) >= HAMMER2_ZONE_SEG);
 759
 760         /*
 761          * Lookup the level1 freemap chain.  The chain must exist.
 762          */
 763         key = H2FMBASE(data_off, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX);
 764         l0size = H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX);
 765         l1size = H2FMSHIFT(HAMMER2_FREEMAP_LEVEL1_RADIX);
 766         l1mask = l1size - 1;
 767
 768         parent = &hmp->fchain;
 769         hammer2_chain_lock(parent, HAMMER2_RESOLVE_ALWAYS);
 770
 771         chain = hammer2_chain_lookup(&parent, &key_dummy, key, key + l1mask,
 772                                      &cache_index,
 773                                      HAMMER2_LOOKUP_FREEMAP |
 774                                      HAMMER2_LOOKUP_ALWAYS |
 775                                      HAMMER2_LOOKUP_MATCHIND/*XXX*/);
 776         if (chain == NULL) {
 777                 kprintf("hammer2_freemap_free: %016jx: no chain\n",
 778                         (intmax_t)bref->data_off);
 779                 hammer2_chain_unlock(parent);
 780                 return;
 781         }
 782         KKASSERT(chain->bref.type == HAMMER2_BREF_TYPE_FREEMAP_LEAF);
 783
 784         /*
 785          * Find the bmap entry (covering a 2MB swath)
 786          * Find the bitmap array index
 787          * Find the bitmap bit index (runs in 2-bit pairs)
 788          */
 789         bmap = &chain->data->bmdata[(int)(data_off >> HAMMER2_SEGRADIX) &
 790                                     (HAMMER2_FREEMAP_COUNT - 1)];
 791         bitmap = &bmap->bitmap[(int)(data_off >> (HAMMER2_SEGRADIX - 3)) & 7];
 792
 793         start = ((int)(data_off >> HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_RADIX) & 15) * 2;
 794         bmmask01 = 1 << start;
 795         bmmask10 = 2 << start;
 796         bmmask11 = 3 << start;
 797
 798         /*
 799          * Fixup the bitmap
 800          */
 801         if (radix < HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_RADIX) {
 802                 count = 1;
 803                 how = 0;        /* partial block, cannot set to 00 */
 804         } else {
 805                 count = 1 << (radix - HAMMER2_FREEMAP_BLOCK_RADIX);
 806         }
 807
 808         while (count) {
 809                 KKASSERT(bmmask11);
 810                 KKASSERT((*bitmap & bmmask11) != bmmask00);
 811                 if ((*bitmap & bmmask11) == bmmask11) {
 812                         if (!modified) {
 813                                 hammer2_chain_modify(trans, &chain, 0);
 814                                 modified = 1;
 815         bmap = &chain->data->bmdata[(int)(data_off >> HAMMER2_SEGRADIX) &
 816                                     (HAMMER2_FREEMAP_COUNT - 1)];
 817         bitmap = &bmap->bitmap[(int)(data_off >> (HAMMER2_SEGRADIX - 3)) & 7];
 818                         }
 819                         if (how)
 820                                 *bitmap &= ~bmmask11;
 821                         else
 822                                 *bitmap = (*bitmap & ~bmmask11) | bmmask10;
 823                 } else if ((*bitmap & bmmask11) == bmmask10) {
 824                         if (how) {
 825                                 if (!modified) {
 826                                         hammer2_chain_modify(trans, &chain, 0);
 827                                         modified = 1;
 828         bmap = &chain->data->bmdata[(int)(data_off >> HAMMER2_SEGRADIX) &
 829                                     (HAMMER2_FREEMAP_COUNT - 1)];
 830         bitmap = &bmap->bitmap[(int)(data_off >> (HAMMER2_SEGRADIX - 3)) & 7];
 831                                 }
 832                                 *bitmap &= ~bmmask11;
 833                         }
 834                 } else if ((*bitmap & bmmask11) == bmmask01) {
 835                         KKASSERT(0);
 836                 }
 837                 --count;
 838                 bmmask01 <<= 2;
 839                 bmmask10 <<= 2;
 840                 bmmask11 <<= 2;
 841         }
 842         if (how && modified) {
 843                 bmap->avail += 1 << radix;
 844                 KKASSERT(bmap->avail <= HAMMER2_SEGSIZE);
 845                 if (bmap->avail == HAMMER2_SEGSIZE &&
 846                     bmap->bitmap[0] == 0 &&
 847                     bmap->bitmap[1] == 0 &&
 848                     bmap->bitmap[2] == 0 &&
 849                     bmap->bitmap[3] == 0 &&
 850                     bmap->bitmap[4] == 0 &&
 851                     bmap->bitmap[5] == 0 &&
 852                     bmap->bitmap[6] == 0 &&
 853                     bmap->bitmap[7] == 0) {
 854                         key = H2FMBASE(data_off, HAMMER2_FREEMAP_LEVEL0_RADIX);
 855                         kprintf("Freeseg %016jx\n", (intmax_t)key);
 856                         bmap->class = 0;
 857                 }
 858         }
 859
 860         /*
 861          * chain->bref.check.freemap.bigmask (XXX)
 862          */
 863         if (modified)
 864                 chain->bref.check.freemap.bigmask |= 1 << radix;
 865
 866         hammer2_chain_unlock(chain);
 867         hammer2_chain_unlock(parent);
 868 }